Technologia laserowa o wąskiej szerokości linii, część druga
W 1960 roku pierwszym na świecie laserem rubinowym był laser na ciele stałym, charakteryzujący się dużą energią wyjściową i szerszym pokryciem długości fali.Unikalna struktura przestrzenna lasera na ciele stałym sprawia, że jest on bardziej elastyczny w projektowaniu wyjścia o wąskiej szerokości linii.Obecnie do głównych stosowanych metod należą metoda krótkich wnęk, metoda jednokierunkowych wnęk pierścieniowych, standardowa metoda wewnątrzwnękowa, metoda wnękowa z wahadłem skrętnym, metoda objętościowej siatki Bragga i metoda wtrysku nasion.
Rysunek 7 przedstawia strukturę kilku typowych laserów na ciele stałym o pojedynczym trybie podłużnym.
Rysunek 7(a) przedstawia zasadę działania wyboru pojedynczego trybu wzdłużnego w oparciu o standard FP we wnęce, to znaczy widmo transmisji o wąskiej szerokości linii standardu jest wykorzystywane do zwiększenia strat innych modów wzdłużnych, tak że inne mody wzdłużne są odfiltrowywane w procesie konkurencji modów ze względu na ich małą transmitancję, tak aby uzyskać działanie w pojedynczym trybie podłużnym.Ponadto można uzyskać określony zakres wyjściowego strojenia długości fali, kontrolując kąt i temperaturę standardu FP oraz zmieniając interwał trybu podłużnego.FIGA.7(b) i (c) przedstawiają niepłaski oscylator pierścieniowy (NPRO) i metodę wnęki w trybie wahadła skrętnego zastosowaną do uzyskania pojedynczego sygnału wyjściowego w trybie podłużnym.Zasada działania polega na tym, że wiązka rozchodzi się w rezonatorze w jednym kierunku, skutecznie eliminując nierównomierny rozkład przestrzenny liczby odwróconych cząstek w zwykłej wnęce fali stojącej, a tym samym unikając wpływu przestrzennego efektu wypalania dziury, aby osiągnąć pojedyncze wyjście w trybie podłużnym.Zasada wyboru trybu masowej siatki Bragga (VBG) jest podobna do wspomnianej wcześniej w przypadku laserów półprzewodnikowych i światłowodowych o wąskiej szerokości linii, to znaczy przy użyciu VBG jako elementu filtrującego, w oparciu o jego dobrą selektywność widmową i selektywność kątową, oscylator oscyluje na określonej długości fali lub paśmie, aby spełnić rolę wyboru trybu podłużnego, jak pokazano na rysunku 7 (d).
Jednocześnie można połączyć kilka metod wyboru trybu podłużnego w zależności od potrzeb, aby poprawić dokładność wyboru trybu podłużnego, jeszcze bardziej zawęzić szerokość linii lub zwiększyć intensywność konkurencji modów poprzez wprowadzenie nieliniowej transformacji częstotliwości i innych środków oraz zwiększyć wyjściową długość fali lasera podczas pracy w wąskiej szerokości linii, co jest trudne do osiągnięcialaser półprzewodnikowyIlasery światłowodowe.
(4) Laser Brillouina
Laser Brillouina opiera się na efekcie stymulowanego rozpraszania Brillouina (SBS) w celu uzyskania technologii wyjściowej o niskim poziomie szumów i wąskiej szerokości linii. Jego zasada polega na interakcji fotonu i wewnętrznego pola akustycznego w celu wytworzenia pewnego przesunięcia częstotliwości fotonów Stokesa i jest stale wzmacniany w obrębie zyskać przepustowość.
Rysunek 8 przedstawia diagram poziomów konwersji SBS i podstawową strukturę lasera Brillouina.
Ze względu na niską częstotliwość drgań pola akustycznego, przesunięcie częstotliwości Brillouina materiału wynosi zwykle tylko 0,1-2 cm-1, więc przy laserze 1064 nm jako świetle pompy, generowana długość fali Stokesa często wynosi tylko około 1064,01 nm, ale oznacza to również, że jego wydajność konwersji kwantowej jest niezwykle wysoka (teoretycznie do 99,99%).Ponadto, ponieważ szerokość linii wzmocnienia Brillouina w ośrodku jest zwykle rzędu MHZ-ghz (szerokość linii wzmocnienia Brillouina w niektórych ośrodkach stałych wynosi tylko około 10 MHz), jest ona znacznie mniejsza niż szerokość linii wzmocnienia laserowej substancji roboczej rzędu 100 GHz, zatem wzbudzony w laserze Brillouina Stokesa może wykazywać oczywiste zjawisko zawężenia widma po wielokrotnym wzmocnieniu we wnęce, a szerokość jego linii wyjściowej jest o kilka rzędów wielkości węższa niż szerokość linii pompy.Obecnie laser Brillouina stał się gorącym punktem badawczym w dziedzinie fotoniki i pojawiło się wiele raportów na temat rzędu Hz i sub-Hz dla wyjścia o wyjątkowo wąskiej szerokości linii.
W ostatnich latach na rynku pojawiły się urządzenia Brillouina o konstrukcji falowodowejfotonika mikrofalowai szybko rozwijają się w kierunku miniaturyzacji, wysokiej integracji i wyższej rozdzielczości.Ponadto kosmiczny laser Brillouin oparty na nowych materiałach krystalicznych, takich jak diament, również wszedł do wzroku ludzi w ciągu ostatnich dwóch lat, jego innowacyjny przełom w mocy struktury falowodu i kaskadowego wąskiego gardła SBS, moc lasera Brillouina do 10 W, kładąc podwaliny pod rozszerzenie jego zastosowania.
Wspólne skrzyżowanie
Dzięki ciągłemu poznawaniu najnowocześniejszej wiedzy, lasery wąskoliniowe stały się nieodzownym narzędziem w badaniach naukowych dzięki swoim doskonałym parametrom, jak np. interferometr laserowy LIGO do wykrywania fal grawitacyjnych, który wykorzystuje wąską linię o pojedynczej częstotliwościlasero długości fali 1064 nm jako źródle początkowym, a szerokość linii światła początkowego mieści się w granicach 5 kHz.Ponadto lasery o wąskiej szerokości z możliwością przestrajania długości fali i bez skoku modów również wykazują duży potencjał zastosowań, szczególnie w komunikacji spójnej, która może doskonale spełniać potrzeby multipleksowania z podziałem długości fali (WDM) lub multipleksowania z podziałem częstotliwości (FDM) dla długości fali (lub częstotliwości ) i oczekuje się, że stanie się podstawowym urządzeniem nowej generacji technologii komunikacji mobilnej.
W przyszłości innowacje w zakresie materiałów laserowych i technologii przetwarzania będą w dalszym ciągu promować kompresję szerokości linii lasera, poprawę stabilności częstotliwości, poszerzenie zakresu długości fal i poprawę mocy, torując drogę ludzkiej eksploracji nieznanego świata.
Czas publikacji: 29 listopada 2023 r